美國量子計算重大突破！IBM發佈量子系統2，人類又迎巨變前夜？

朋友們好 美國量子計算機可能已取得革命性的重大突破 IBM公司昨天12月4日正式發佈了第三代量子芯片Heron 以及基於Heron的IBM量子系統2 這是世界上第一臺模塊化的實用量子計算機 在美國哥倫比亞廣播公司的60分鐘專題節目中 IBM高級副總裁兼研究總監達里奧吉爾宣稱 此時此刻我們感覺就像是上世紀四五十年代 先驅者們正在建造第一臺電子計算機 主持人斯科特·佩利則稱 希望我們今天能解釋得更清楚 這樣您就不會因可能改變人類文明的突破而措手不及了 簡單來說 在昨天召開的IBM量子峯會上 IBM發佈了兩款量子芯片 一臺量子計算機 一個量子編程軟件 自動量子編程的AI模型 以及未來十年的量子計算機發展路線圖 人類文明可能已再次處於大突破的鉅變前夕 康多爾2in是一款基於交叉斜振門技術的 1121量子比特超導量子芯片 這是世界上第一個超過1000量子比特的量子處理器 此前IBM已發表了Ego就127量子比特 Osprey魚鷹433量子比特兩種量子芯片 康多爾將量子位密度提高了50% 但性能和之前的433量子爲Osprey相當 這意味着在相同的面積內 可以容納更多的量子位 對於提高量子計算機的性能和可擴展性具有重要的意義 康多爾單個C4製冷器內 包含了超過1英里的高密度低溫柔性IO佈線 突破了芯片設計的規模和產量極限 是一個里程碑式的創新 解決了規模問題 併爲未來的硬件設計提供了信息 Heron2是IBM最新的第三代量子芯片 是迄今爲止IBM性能指標最高的量子芯片 也是IBM未來量子計算機的基石 有人可能就覺得 量子比特數反而減少了 怎麼還性能最高還成了基石呢 Heron是IBM新一代價格的處理器 具有133個固定頻率量子位和可調節偶合器 與之前127量子比特的EGO相比 性能提高了3到5倍 錯誤率減少了5倍 幾乎完全消除了串擾 串擾是指一個量子位的狀態 被其他量子位干擾 會對量子計算機的準確性產生負面影響 Heron芯片幾乎消除了這種串擾 這意味着它在執行量子計算時 準確性和可靠性更高 並且通過Heron IBM還開發了一種新的量子位和量子門技術 所謂量子門技術就是量子位的操控技術 這是IBM未來硬件路線圖的基礎 Heron處理器的架構 意味着多個量子芯片可以互相的連接起來 構建模塊化的量子計算機 也就是說IBM可以通過簡單的增加芯片數量 來擴大量子計算機的規模 這是Heron量子處理器最大最關鍵的突破 IBM量子系統2配備了三個Heron量子芯片 位於紐約州約克敦高地的實驗室 寬6.7米高4.6米 每個六邊形的單元重達9噸 Heron芯片和筆記本電腦芯片差不多大 爲什麼量子計算機的規模和重量卻如此之大呢 這些體積和重量絕大部分是冷卻系統帶來的 IBM和谷歌的量子計算機都採用約瑟夫升級 作爲超導量子比特 需要西式製冷機提供的超冷超流體 來冷卻到15毫開以下 並且完全在真空環境中運行 這樣才能保證超導體的量子力學效應 而西式製冷機需要亥山來冷卻 亥山又是核研究和核武器計劃的副產品 通常被政府嚴控且非常昂貴 不過我看到2011年新華社的報道說 中科院物理所已研製成功 無液氦西式製冷機 可以實現10毫開以下的極低溫 也就是僅比絕對零度高0.01度 約瑟夫升級像一個三明治 有兩個超導體中間夾一個絕緣層構成 低溫下電子通過超導體時 會配對形成庫珀對 從而可以量子隧穿穿過絕緣層 通過像約瑟夫升級發射微波光子 就能操控它們 並保存更改和讀出單個量子比特的信息 製造約瑟夫升級的超導電纜 需要專門的設計傳熱極少 以避免破壞智能機內 量子比特的微妙量子態 維基百科稱這種超導電纜 只有日本公司KOEX能夠製造 非常的難以獲得 IBM這次發佈的重頭戲 就是IBM量子系統2 這是一種適用於公用事業規模工作的 模塊化量子計算架構 可以利用並行性併發量子 經典計算及動態電路執行 以實現量子爲中心的超級計算 IBM量子系統2 最大的突破 就是它六邊形的模塊化設計 便於擴展到多個量子處理器的連接 從而形成更大的量子計算機 對於實現大規模量子計算 具有重要意義 並且支持未來所有的IBM量子芯片 KISKITY是世界上使用最廣泛的 開源量子編程軟件 KISKITY 1.0發佈了許多新的功能 可以幫助計算機科學家們 輕鬆的快速的構建和運行量子算法 包括新的量子電路模擬器 編輯器和執行器 有助於推動量子計算的應用和普及 IBM還展示了一種生成式AI模型 可以利用WATSON X人工智能平臺 來生成量子代碼 可用於自動進行量子代碼開發 並優化量子電路 有助於提高量子計算機的 效率和自動化水平 在這次峯會上 IBM還發布了 未來10年的量子開發路線圖 未來將優先考慮門操作的改進 以提高質量實現先進的糾錯系統 而不是讓量子比特更多 也就是以前每年拼量子比特 翻翻的做法 IBM希望讓Heron從2024年 達到5000個門操作開始 到2029年實現一個億的突破 2033年突破10億個 從而打造真正的通用量子計算機 糾錯系統是量子計算的關鍵組成部分 這是因爲量子比特的量子態極爲脆弱 周圍環境的任何微小改變 包括系統的晶格震動和背景熱合自旋 都可能導致量子態被破壞 這就叫退相干 所以整個系統需要冷卻到20毫開以內 但即使這樣 量子態的相干時間 也只能維持在納秒到秒之間 從而導致錯誤的增加和累積 這就需要進行量子糾錯 才能進行實用的量子計算 IBM正在開發各種軟件硬件來實現糾錯 Heron性能的提升得益於一種叫做 量子低密度基友校驗的新的糾錯策略 也就是說用多個物理量子比特 來代表一個量子信息比特 這個就稱爲邏輯量子位 可以在400個左右的物理量子比特中 容納一些經過QLDPC校正的量子比特 然後把這些芯片連接在一起 從而大幅減少錯誤率 所以看看世界上第一臺電子計算機 佔地170平方米 重達30噸 IBM量子系統2 也是佔地數十平方米 重達9噸 所以IBM說像是回到了上世紀五六十年代 正在建造第一臺電子計算機 還真的很形象啊 數十年前 電子計算機徹底改變了人類文明 今天量子計算機也可能再次改變人類文明 再加上人工智能新建 所以我們現在可能真的已處於文明鉅變的前夜 只是電子計算機從樓房大小發展到 可以放到桌面上用了幾十年 量子計算機可能用不了那麼久 在哥倫比亞廣播公司的節目中 主持人佩利問谷歌工程副總裁 量子人工智能實驗室負責人哈特內特內文 人類什麼時候能製造出一個真正的量子計算機系統 內文說 在這個十年結束的時候 也就是2030年前 IBM副總裁達里奧吉爾也說 對五年內實現這個目標充滿了信心 另外啊 我國的齊克量子 今年發佈了天算一號模塊化離子井量子計算工程機 波色量子發佈了100個量子比特的天宮量子大腦光量子計算機 而中科大十月發佈的255個量子比特九張三號光量子計算機 已達成了量子計算研究的第一個里程碑 量子霸權 不過這些都和IBM谷歌的超導量子位路線有所不同 中國走超導量子路線的是 中科院旗下的本源量子 今年一月已交付第一臺24量子比特超導量子計算機 年底前預計會發布新的型號 2025年達到1024量子比特 究竟哪條路最終能夠取得成功 還有待時間最後的檢驗